шельф. Шельф. Контрольная работа Статическое позиционирование буровых установок на шельфе
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт недропользования Кафедра нефтегазового дела Контрольная работа « Статическое позиционирование буровых установок на шельфе» по дисциплине «Бурение скважин на шельфе» Выполнил студент группы А.С.Батурин НДБЗ-18-1 Принял доцент В.И. Зайцев Иркутск – 2022 г. ОглавлениеВведение 3 1.Статическое позиционирование буровых установок на шельфе 4 1.1Основные типы морских буровых установок (МБУ) 4 1.2Факторы, определяющие выбор плавучей буровой установки 5 1.3 Влияние климатических условий 6 1.4. Производственно-технологические факторы 7 1.5 Инженерно-геологические факторы 8 1.6 Экологические факторы 8 2.Описание конструкции ППБУ, расчет сил нагрузок, что действует на ППБУ 9 Заключение 15 Список использованной литературы 16 ВведениеБурение скважин на море труднее и дороже, чем на суше. Это связано с наличием над придонным устьем скважины водного пространства, необходимостью применять специальные морские основания для размещения на них бурового оборудования и выполнения с них комплекса работ, связанных с проводкой скважины, сложными гидрологическими и метеорологическими условиями работы на акваториях (ветры и волнения, приливы, отливы и течения, туманы, морось, снег и горизонтальная видимость, ледовый режим, температура воздуха и воды) и т.д. Ветры, волнения и течения водного пространства, находящегося над придонным устьем скважины, вызывают качку плавучей буровой установки, перемещение оборудования и инструментов по ее палубе, дрейф и снос установки в направлении ветра или течения. Качка оказывает неблагоприятное физиологическое воздействие на людей, работающих на буровой установке. Волнение моря вредно и при бурении со стационарных (неподвижных) установок, так как волны, обрушивающиеся на основание буровой, могут повредить его или полностью разрушить. Рыхлые породы морского дна обычно сильно обводнены. При бурении в таких породах для обеспечения сохранности керна и устойчивости стенок скважин приходится использовать специальные технические средства и осуществлять технологические мероприятия, требующие дополнительных материальных затрат и удовлетворяющие жестким требованиям охраны окружающей среды от загрязнения. Специфические гидрологические и метеорологические условия моря, а также состояние находящихся под водной толщей горных пород ограничивают возможности и снижают эффективность применения способов, технических средств и технологий бурения, используемых на суше. Поэтому проблема повышения эффективности бурения скважин на море до сих пор является одной из самых важных в процессе вовлечения в производство минеральных ресурсов подводных месторождений. Сравнительно успешные решения этой проблемы достигнуты в области бурения на море нефтегазовых скважин. Их глубины достигают нескольких тысяч метров, а время сооружения каждой из них исчисляется месяцами и годами. Поэтому для бурения и последующей эксплуатации таких скважин экономически оправданным является создание дорогостоящих массивных стационарных, полустационарных и погружных конструкций оснований, которые позволяют размещать на них традиционную буровую технику и использовать хорошо отработанные на суше технологии бурения, добычи, сбора и подготовки нефти и газа к транспортированию. Статическое позиционирование буровых установок на шельфеОсновные типы морских буровых установок (МБУ)Самоподъемная буровая установка (СПБУ) Ограничения по глубинам моря (5-150) м. Удержания на точке пенетрация опорных колонн. МБУ, поднимаемая в рабочем состоянии над поверхностью моря на колоннах, опирающихся на грунт (см. рисунок 1.1.1). Колонны подвижны в вертикальном направлении относительно основного корпуса (понтона) Классификация: - по форме понтона; - по количеству опорных колонн; - по форме поперечного сечения колонн и их конструкции; - по конструктивному оформлению нижней части колонн; - по типу подъемного механизма; - по расположению буровой вышки.  Рисунок 1.1.1- Самоподъемная буровая установка (СПБУ) Полупогружная плавучая буровая установка (ППБУ) Ограничения по глубинам моря (60-3000) м. Удержания на точке якорной системы и/ или системы динамического позиционирования. МБУ, находящаяся во время бурения на плаву (см. рисунок 1.1.2). Представляет собой конструкцию из водоизмещающих понтонов различной конфигурации, находящихся ниже поверхности воды, и надводного корпуса с производственными и жилыми помещениями, укрепленного на стабилизирующихся колоннах, обеспечивающих устойчивость установки.  Рисунок 1.1.2-Полупогружная плавучая буровая установка (ППБУ) Буровое судно (БС) Ограничения по глубинам моря (300-3500) м. Удержания на точке системы динамического позиционирования, реже якорная система. Судно технического флота, оборудованное центральной прорезью в корпусе (moon pool), над которой установлена буровая вышка, и системой для удержания судна над устьем скважины. Современные буровые суда, как правило, самоходные, с неограниченным районом плавания (см. рисунок 1.1.3).  Рисунок 1.1.3- Буровое судно (БС) Эффективность проведения геологоразведочных работ по выявлению новых месторождений и оконтуриванию и уточнению запасов открытых месторождений нефти и газа на континентальном шельфе в значительной степени зависит от оптимального выбора типа морской буровой установки (МБУ). Выбор типа МБУ должен базироваться на консолидированных данных, полученных в результате анализа различных факторов: Гидрометеорологические и географические факторы; Производственно-технологические факторы; Инженерно-геологические факторы; Экологические факторы; Экономические факторы. Географические и гидрометеорологические факторы являются основными при выборе типа МБУ. Географические и климатические: -определяет уровень модернизации МБУ -определяет требуемый класс МБУ с ледовыми усилениями и без ледовых усилений. Гидрометеорологические: -ветровые нагрузки; - волновые нагрузки; - течения; - глубина моря; - характеристики дна. Гидрометеорологические факторы определяют тип МБУ: 1.СПБУ. Преимущественно поисково-разведочное бурение на участках с небольшой глубиной моря. Перемещается в «мокром» исполнении буксирами или в «сухом» heavy lift vessel. Высокая зависимость от характеристик донных отложений. ППБУ. Поисково-разведочное и эксплуатационное бурение. Относительная легкость перемещения, постановки на точку бурения и снятия с нее, повышенная устойчивость к воздействию ветра, волнения и течений, кроме операций по установке якорей. 3.БС. Поисково-разведочное бурение на глубоководных шельфовых участках в отдаленных районах работ. Высокая зависимость от внешних нагрузок. 1.3 Влияние климатических условийОдним из основных условий при выборе МБУ являются соответствие морской установки климатическим условиям района ведения работ. Температурный режим определяется: минимальной температурой воздуха в период ожидаемой эксплуатации МБУ средней температурой воздуха при нахождении МБУ в порту отстоя (при работе на арктических проектах в несколько сезонов) Ледовый режим определяется: сезоном открытой ото льда воды Наличием возможности появления дрейфующих льдов в период эксплуатации МБУ В зависимости от температурного и ледового режимов определяются основные требования к эксплуатации МБУ, влияющие на класс привлекаемой установки и требуемые объемы ее модернизации. На Рисунке 1.3.1 показа средний сезон открытой воды.  Рисунок 1.3.1- Средний сезон открытой воды 1.4. Производственно-технологические факторыК производственно-технологическим факторам относятся: глубина скважины прогнозируемые давления по разрезу проектная конструкция скважины автономность работу МБУ грузоподъемность верхнего привода полезная площадь и палубная нагрузка тип применяемого флюида наличие в пластовом флюиде агрессивных сред (H2S, CO2) статистика МБУ по НПВ, по времени ведения буровых работ на предыдущих проектах, по опыту буровой бригады и т.д. Продолжительность автономной работы влияет на частоту завоза материалов и оборудования на МБУ, требуемых для проведения работ по обеспечению функционирования установки, а также возможность размещения и единовременного хранения на МБУ оборудования, материалов и отходов. Автономность работы МБУ особенно актуальна для поисково-разведочного бурения на большом удалении от базы берегового обеспечения (ББО). Дополнительные требования при выборе МБУ-наличие вертолетной площадки с топливно-заправочным комплексом, способный принимать вертолеты российского производства (типа Ми-8 и т.п.) 1.5 Инженерно-геологические факторыВ зависимости от характеристик грунта на точке строительства скважины определяют план постановки МБУ на точку ведения буровых работ с учетом конструктивных особенностей якорных устройств ППБУ/БС (конструкция, вес и тип якорей), и длину опор СПБУ (из расчета глубины пенетрации, рабочего клиренса СПБУ и глубины моря). Отсутствие требуемых инженерно-геологических данных зачастую служит причиной возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации МБУ в процессе строительства скважины. 1.6 Экологические факторыВ процессе бурения на МБУ образовываются и накапливаются твердые и жидкие отходы, запрещенные к сбросу в море (нулевой сброс) и требующие транспортировки на сухопутные полигоны для утилизации. Конструкция МБУ должна предусматривать установку специального оборудования и систем для предотвращения сброса в море. Системы для предотвращения сброса: -закрытая сточная система; - герметичные емкости и трубопроводы для хранения горюче-смазочных материалов и отработанных масел; - накопительные цистерны для льяльных вод; - сепараторы для нефтесодержащих вод; - система очистки отработанного бурового раствора и буровых сточных вод; - емкости сбора отходов тампонажных операций и отходов из установки очистки буровых сточных вод; - установками для сбора и уничтожения (сжигания) отходов производства и потребления; - наличие специальных мест под расположение шламовых контейнеров для накопления, хранения и вывоза отходов буровых работ. 2.Описание конструкции ППБУ, расчет сил нагрузок, что действует на ППБУПолупогружная плавучая буровая установка предназначена для добычи полезных ископаемых на покрытых водой территориях. Она включает в себя опорные понтоны, буровую платформу и соединяющие их стойки. Буровая платформа выполнена плавучей. Буровая платформа и понтонная часть выполнены разъединяемыми между собой с возможностью независимого перемещения в воде и по твердой поверхности. Разъем между платформой и понтонной частью смещен в сторону платформы. Понтонная часть выполнена разделяемой на части с возможностью независимого перемещения. Достигается использование буровой установки на любых глубинах, на акваториях, покрывающихся льдом, а также для использования на суше. Поскольку основным эксплуатационным режимом ПБУ является бурение скважин, конструкция установки должна в первую очередь обеспечивать выполнение технологических процессов по проводке скважины, включая; строительство и обустройство устья скважины; бурение скважины заданной глубины; приготовление, хранение, циркуляцию и дегазацию бурового раствора, очистку бурового раствора от выбуренной породы (шлама); исследование и анализ кернов выбуренной породы и бурового раствора; приготовление цементного раствора для заливки обсадных колонн; цементирование обсадных колонн: кондуктора, промежуточных и эксплуатационных колонн; прием и транспортировку пневмотранспортом сыпучих материалов (цемента, барита, бентонита) к потребителям и хранение сыпучих материалов в бункерах; электрометрические каротажные работы в процессе бурения скважины; опробование нефтеносных пластов на приток нефтепродуктов: сбор выбуренной породы (шлама) для нейтрализации или последующего вывоза на береговые приемные пункты с целью предотвращения загрязнения морской среды;. сжигание продуктов опробования скважины с целью предотвращения загрязнения морской среды. На ПБУ должно быть предусмотрено оборудование для сбора, очистки и нейтрализация сточных вод с целью предотвращения загрязнения морской среды. Известны типы ППБУ "Ныряющего" типа, которые при отсутствии льда находятся частично над поверхностью воды, а при прохождении ледовых полей полностью погружаются под ледовый покров. Устройство достаточно эффективно при бурении на большой и средней глубинах. Однако при работе в ледовых условиях комфортность и безопасность работы обслуживающего персонала существенно снижается. Кроме того, подобные устройства не могут быть использованы в зимний период на малых глубинах. Полупогружные установки типа «катамаран» Среди морских полупогружных установок катамаранного типа значительное распространение получили установки «Акер Н-3» (см. рисунок 2.1). Первая из таких установок (платформ) была построена к концу 1973 г. в Бергене (Норвегия). В течение 1974-1976 гг. было построено 11 установок «Акер Н-3» (в основном в Норвегии и Финляндии). Стальная конструкция установки включает верхнее надводное строение, погружную часть из двух плавучестей (понтонов) и соединительную конструкцию из 8 стабилизационных колонн с раскосами. Плавучести имеют прямоугольную форму в поперечных сечениях, что упрощает устройство соединений с цилиндрическими колоннами.  Рисунок 2.1- Полупогружная морская буровая установка типа катамаран «Акер 11-3», «Акер Н-5» Якорная система удержания включает 8 судовых якорей с массой каждого по 13,6 т, 8 якорных цепей калибра 76,2 мм (по 2 цепи, отходящих от каждой угловой колонны), 4 лебедочные станции, цепные ящики в угловых колоннах и другие устройства. Лебедочные станции располагают на площадках над угловыми колоннами, оборудованы двухбарабанными лебедками, стопорными устройствами, индикаторами контроля натяжения цепей. В походном положении якоря на концах выбранных цепей подвешивают на специальных наклонных площадках, находящихся на нижних раструбах угловых колонн. Внутри и на палубах надводного строения расположены машинные и насосные установки, электростанция, буровая заваливающаяся вышка (высота 47 м), буровые лебедки, площадки для труб, два крана, вертолетная площадка (размеры в плане 25,3x25,3 м), служебные, жилые н складские помещения, пост управления. В каждой плавучести имеются машинные отделения. Полупогружные установки типа «тримаран» Полупогружные морские буровые установки с треугольной формой в плане и тремя плавучестями (см. рисунок 2.2). Установки «Седко» стальные, каждая из них включает надводное строение, погружную часть из трех отдельных плавучестей (понтонов), соединительную конструкцию из трех стабилизационных колонн с системой связей и раскосов. Каждая из плавучестей имеет эллиптическую форму в плане, изготовлена из стали толщиной 31,5 мм и разделена на 6 отсеков.  Рисунок 2.2- Полупогружная морская буровая установка типа тримаран «Седко» Стабилизационные колонны поддерживают верхнее строение, обеспечивают остойчивость сооружения при эксплуатации па плаву и устойчивость при работе с грунта. В качестве якорных канатов применяют как якорные цепи, так и стальные тросы. Лебедочные станции располагают па площадках над колоннами, причем станция включает по три лебедки, каждая, из которых обеспечивает натяжение и другие операции с одним якорным канатом. Имеется общий автоматизированный пост дистанционного управления лебедками. В отсеках плавучестей и стабилизационных колонн размещают насосные станции и другие машинные установки, топливо, буровые растворы, цемент. На палубах и внутри надводного строения размещают буровую вышку, палубные краны (2 крана грузоподъемностью по 40 т и один край грузоподъемностью 72 т), площадку для вертолетов, электростанцию, площадки для труб, склады, служебные и жилые помещения, посты управления. Три лебедочные станции размещены на площадках над колоннами, имеют по три лебедки, каждая из которых обеспечивает работу одной якорной линии. Работа лебедок регулируется с центрального поста управления. Барабан каждой лебедки позволяет наматывать более 2 км троса. Полупогружные установки типа «тетрамаран» В конструктивном отношении отличие установок типа «тетрамаран» от других типов заключается в наличии 4 параллельных удлиненных горизонтальных плавучестей (понтонов) и большего числа колонн. Установка «Оушен Проспектор» (см. рисунок 2.3) включает надводное строение, подводную погружную часть из 4 цилиндрических плавучестей и соединительную конструкцию из 16 вертикальных стабилизационных колонн с системой связей. Длины средних и крайних плавучестей различны. Отличаются также между собой диаметры колонн. Якорная система каждой установки включает 8 судовых якорей с массами по 13,6 т, 8 якорных цепей, 4 лебедочные станции «Оушен Проспектор» с двухбарабанными лебедками, цепные ящики и другие устройства. Управление работой лебедок автоматизировано и осуществляется дистанционно с центрального поста управления. Управление работой насосами с целью изменения осадок установки, выравнивания крена и др. автоматизировано.  Рисунок 2.3- Полупогружная морская буровая установка типа «тетрамаран». На палубах надводного строения, а также внутри его располагаются раздвижная буровая, вертолетная площадка, палубные краны, прямоугольного поперечного сечения, соединительную конструкцию из 16 колони с системой горизонтальных и наклонных связей. Надводное строение колони с системой горизонтальных и наклонных связей. Надводное строение имеет 3 палубы  Рисунок 2.4- Якорная система плавучего полупогружного сооружения «Акваполиса» Якорная система удержания «Акваполиса» сложная и включает 16 якорных линий с якорями и буями. Анкерные опоры устроены в виде забитых в грунт дна трубчатых свай со специальными наголовниками для крепления якорных канатов (стальных тросов). Каждый якорный канат включает поддерживающий стальной буй. Расстояния в плане между якорями и буями указаны на (см. рисунок 2.4). Расстояния между платформой и буями также разные (350, 90, 65 и 40 м). На нижней палубе надводного строения размещены основные механические системы и устройства (электростанция, главные двигательные агрегаты, якорно-швартовные устройства и др.) На средней палубе расположены административные помещения, центр управления, вычислительный центр, узел связи, жилые помещения. На верхней палубе имеется площадка для вертолетов, прогулочные площадки, спортивные корты. Полупогружные установки типа «Пентагон» и перекрестные Полупогружные морские пятиопорные буровые установки с пятиугольной формой в плане (см. рисунок 2.5) эксплуатируются на акваториях различных морей. Первая из этой серии установок («Пента 81») Полупогружная установка «Пента 85 » включает трехъярусное надводное строение, погружную часть из 5 плавучестей (понтонов) обтекаемой формы и соединительную конструкцию из 5 цилиндрических колонн и системы горизонтальных и наклонных связей из труб. На большинстве установок плавучести имеют цилиндрическую форму в плане при диаметрах 21,9 м и высотах 7,5 м. Однако, например, на установке «Пента 81» плавучести имеют обтекаемую несколько удлиненную форму, при этом размеры каждой плавучести в плане 25,0x16,5 м, высоты по 7,5 м. Диаметры колони 9,5 м, высоты 35,0 м; диаметры связей из стальных труб 2,60 м и 2,20 м. Периоды собственных колебаний установки при вертикальной качке 20,0 с, при бортовой в процессе бурения. Удержание установки на месте бурения достигается якорной системой.  Рисунок 2.5- Полупогружная морская буровая установка типа Пентагон «Пента 81»-- «Пента 85» Установка «Трансоушен 3» может производить бурение не только в состоянии на плаву с удержанием якорной системой, но и с грунта, опираясь колоннами с опорными понтонами на грунт дна. Подъем надводного строения по колоннам и его опускание осуществляются гидравлической системой, которая включает насосные установки, гидроцилиндры, балластировочные емкости. С поднятым над водой верхним строением установка может эксплуатироваться при высотах волн до 12,0 м. Основные характеристики установки «Трансоушен 3» такие же, как и установки «Риг 61». Якорная система включает 6 якорных канатов с якорями. Три якорные цепи отходят от носовой части, а три другие - от кормовой части главного корпуса. Применены судовые якоря с массами по 13,6 т. Длины якорных цепей по 910 м, а калибры 69,8 мм. Лебедочные станции и цепные ящики расположены в носовой и кормовой частях главного корпуса. Работа якорной системы регулируется с автоматизированного пункта управления лебедками. Якорная система удержания включает 8 якорных цепей с 8 судовыми больше-габаритными якорями, 4 лебедочные станции, от каждой из которых по колонне отходят по 2 якорные цепи. Полупогружные установки с растянутыми тросовыми канатами В последнее десятилетие появились проектные разработки полупогружных установок, удержание которых достигается системой натянутых гибких канатов с малой собственной погонной массой. В качестве якорных канатов обычно применяют стальные проволочные тросы, реже - канаты из органических и искусственных волокон. На некоторых установках буровая вышка по соображениям oбщей компоновки несколько сдвинута от мидель-шпангоута («Пэйссеттер»). Имеются установки с кормовым расположением вышки, например «Ха-куриу-ІІ» типов. В последнее время строят преимущественно установки с двумя расположенными параллельно нижними понтонами. Около 20% общего числа ППБУ приходится на долю установок с тремя и пятью стабилизирующими колоннами, а остальные 20% составляют установки более сложной конструкции, строившиеся, в основном, в начальный период создания полупогружных платформ. ЗаключениеДвадцатое столетие было началом интенсивного развития исследования подводных недр морей и океанов на наличие полезных ископаемых и добычи нефти и газа в акваториях. За какие-то сто лет промысел сделал огромный скачок вперед в своем развитии. Были открыты значительные запасы углеводородов, которые являются основой для развития работ в XXI веке. Однако современные технологии все еще не позволяют реализовать все те знания о расположении месторождений. Существующие технические средства не отвечают в полной мере природно-климатическим условиям. Поэтому развитие морского бурения будет продолжаться до тех пор, пока не будет исследовано все морское дно. А исследования не прекратят, по крайней мере, пока человечество нуждается в углеводородах, и скрыто их от нас гораздо больше чем найдено нами. Список использованной литературы1.Стрельченко В. В. Геофизические исследования морских скважин. Учебное пособие по спецкурсу «Геофизические исследования морских скважин». — М.: Нефть и газ, 2005.. 2.А 95 Ахмеджанов Т.К., Ыскак А.С. Освоение шельфовых месторождений: Учеб. пособие. – Алматы: КазНТУ, 2008. – 259 с. Ил. 90. Табл. 10. Библиогр. – 16 назв. 3.Бородавкин П.П. Мосркие нефтегазовые сооружения: Учебник для вузов. Часть 1. Конструирование. - М.: ООО «Недра-Бизнецентр», 2006.-555 с.: ил. 4.https://neftegaz.ru/analisis/offshoredrilling/329282-burenie-na-shelfe/ 5.http://techneft.ru/images/doc/sekcii/05_morskie_rabotyi/7__kompleksnyiy_metod_vyibora_morskih_burovyih.pdf |